Доменный цех – это сердце металлургического производства, где из железорудного сырья получают жидкий чугун. Этот сложный и энергоемкий процесс требует четкой организации и слаженной работы всех его звеньев. От качества подготовки сырья до соблюдения технологических параметров плавки зависит конечный результат – выход чугуна заданного химического состава и температуры. В данной статье мы подробно рассмотрим все этапы технологического процесса доменного цеха, от подготовки шихты до выпуска готового продукта.
Подготовка шихты
Шихта – это смесь материалов, загружаемых в доменную печь. Её состав строго регламентирован и зависит от требуемого качества чугуна. Основными компонентами шихты являются:
- Железорудное сырье: агломерат, окатыши, реже – сырая руда.
- Топливо: кокс.
- Флюсы: известняк, доломит.
- Добавки: для улучшения свойств чугуна (например, марганцевая руда).
Агломерация и окомкование
Железорудное сырье, особенно мелкое, подвергается агломерации или окомкованию для улучшения газопроницаемости шихты в печи. Агломерация – это спекание мелких частиц руды при высокой температуре. Окомкование – это окатывание мелких частиц руды с добавлением связующего вещества.
Подготовка кокса
Кокс – основное топливо в доменном процессе. Он должен обладать высокой прочностью, пористостью и низким содержанием серы. Кокс получают путем коксования каменного угля при высокой температуре без доступа воздуха.
Подготовка флюсов
Флюсы – это материалы, которые связывают пустую породу руды и золу кокса в шлак. Шлак легко отделяется от чугуна и удаляется из печи. В качестве флюсов чаще всего используют известняк и доломит, которые предварительно дробят и просеивают.
Доменная плавка
Доменная плавка – это основной этап технологического процесса, в ходе которого происходит восстановление железа из руды. Доменная печь – это огромный вертикальный агрегат, футерованный огнеупорным кирпичом. Внутри печи поддерживается высокая температура (до 2000°C) за счет сжигания кокса в струе горячего дутья.
Устройство доменной печи
Доменная печь состоит из нескольких основных частей:
- Колосник: нижняя часть печи, где собирается жидкий чугун и шлак.
- Горн: часть печи над колосником, где происходит основное восстановление железа.
- Заплечики: расширенная часть печи над горном.
- Шахта: верхняя часть печи, где происходит нагрев и восстановление руды.
- Леточные отверстия: для выпуска чугуна и шлака.
- Фурмы: для подачи горячего дутья.
Процесс восстановления железа
В доменной печи происходят сложные физико-химические процессы. Восстановление железа из руды происходит в несколько стадий:
- Нагрев и сушка шихты: в верхней части печи шихта нагревается отходящими газами.
- Восстановление оксидов железа: оксиды железа (Fe2O3, Fe3O4, FeO) восстанавливаются до металлического железа оксидом углерода (CO) и твердым углеродом (C) кокса.
- Шлакообразование: пустая порода руды и зола кокса связываются флюсами в шлак.
- Раскисление чугуна: из чугуна удаляются вредные примеси (сера, фосфор, кремний, марганец).
- Науглероживание чугуна: чугун насыщается углеродом, приобретая свои характерные свойства.
Подача дутья
Горячее дутье подается в печь через фурмы, расположенные в нижней части печи. Дутье обеспечивает интенсивное горение кокса и поддержание высокой температуры. Дутье предварительно нагревается в воздухонагревателях (кауперах) до температуры 1000-1200°C.
Выпуск чугуна и шлака
Жидкий чугун и шлак скапливаются в колоснике печи; Периодически чугун и шлак выпускаются через леточные отверстия. Чугун направляется на дальнейшую переработку в сталеплавильные цеха, а шлак используется в строительстве.
Охлаждение и очистка доменного газа
Доменный газ, образующийся в процессе плавки, содержит большое количество пыли и других вредных веществ. Перед использованием доменный газ охлаждается и очищается. Очищенный доменный газ используется в качестве топлива для нагревательных печей и других промышленных установок.
Методы очистки доменного газа
Существует несколько методов очистки доменного газа:
- Мокрая очистка: газ промывается водой в скрубберах и мокрых электрофильтрах.
- Сухая очистка: газ фильтруется через тканевые фильтры или электрофильтры.
Контроль технологического процесса
Контроль технологического процесса доменной плавки осуществляется по множеству параметров, включая:
- Температуру и давление в различных зонах печи.
- Химический состав шихты, чугуна, шлака и доменного газа.
- Расход кокса, дутья и других материалов.
- Производительность печи.
Данные контроля используются для оперативного управления процессом и обеспечения стабильного производства чугуна заданного качества. Современные доменные цеха оснащены автоматизированными системами управления, которые позволяют оптимизировать технологический процесс и снизить расход ресурсов.
Влияние качества шихты на процесс плавки
Качество шихты оказывает огромное влияние на ход доменной плавки и качество получаемого чугуна. Некачественная шихта может привести к снижению производительности печи, увеличению расхода кокса, ухудшению качества чугуна и даже к аварийным ситуациям.
Влияние влажности шихты
Повышенная влажность шихты приводит к увеличению расхода тепла на испарение влаги, снижению температуры в печи и ухудшению процесса восстановления железа.
Влияние крупности шихты
Слишком мелкая шихта ухудшает газопроницаемость столба шихты в печи, что приводит к неравномерному распределению газов и снижению эффективности процесса;
Влияние температуры дутья на процесс плавки
Температура дутья оказывает существенное влияние на скорость и полноту восстановления железа. Повышение температуры дутья позволяет увеличить производительность печи и снизить расход кокса.
Влияние давления в печи на процесс плавки
Давление в печи влияет на газодинамику процесса и скорость восстановления железа. Оптимальное давление позволяет обеспечить равномерное распределение газов и эффективное использование тепла.
Современные тенденции в доменном производстве
Современное доменное производство характеризуеться следующими тенденциями:
- Увеличение единичной мощности доменных печей.
- Внедрение новых технологий подготовки шихты, позволяющих использовать более дешевое сырье.
- Использование кислородного дутья для повышения температуры в печи и снижения расхода кокса.
- Внедрение автоматизированных систем управления процессом.
- Снижение выбросов вредных веществ в атмосферу.
Внедрение технологии вдувания пылеугольного топлива (ПУТ)
Вдувание ПУТ позволяет частично заменить кокс более дешевым углем. Эта технология позволяет снизить себестоимость чугуна и уменьшить зависимость от коксового угля.
Использование кислородного дутья
Использование кислородного дутья позволяет повысить температуру в печи, увеличить производительность и снизить расход кокса. Кислородное дутье также позволяет использовать более дешевое сырье.
Рециркуляция доменного газа
Рециркуляция доменного газа позволяет снизить выбросы вредных веществ в атмосферу и повысить эффективность использования тепла. Рециркулированный доменный газ используется для нагрева дутья и других целей.
Экологические аспекты доменного производства
Доменное производство является одним из наиболее экологически грязных производств в металлургии. Основными источниками загрязнения являются:
- Выбросы пыли, газов (CO, SO2, NOx) и других вредных веществ в атмосферу.
- Образование большого количества шлака.
- Загрязнение воды отходами производства;
Современные доменные цеха оснащаются системами очистки газов, утилизации шлака и очистки сточных вод. Ведутся разработки новых технологий, направленных на снижение выбросов вредных веществ и повышение экологической безопасности производства.
Описание: В статье представлено подробное описание технологического процесса доменного цеха, от подготовки шихты до выпуска чугуна, с учетом современных тенденций и экологических аспектов.